计算机网络中的曼彻斯特编码

曼彻斯特编码 (Manchester Encoding) 是一种数字信号编码方式，常用于计算机网络中的数据传输。它将每一个数据位分为两个不同时间段，每个时间段有一个电压状态，分别代表0和1。

具体来说，曼彻斯特编码将每一位数据分为两个时间段，第一个时间段称为“上升沿”，其电压状态从低电平变为高电平，代表0。第二个时间段称为“下降沿”，其电压状态从高电平变为低电平，代表1。

曼彻斯特编码有以下两种常见的实现方式：

差分曼彻斯特编码 (Differential Manchester Encoding)

差分曼彻斯特编码的电压状态变化与前一时间段有关。对于每个数据位，它的上升沿和下降沿的电压状态总是相反的。如果当前数据位为1，则在该时间段的上升沿处电压状态发生变化；如果当前数据位为0，则在下降沿处电压状态发生变化。

差分曼彻斯特编码具有自时钟同步的作用，因为上升沿和下降沿总是交替出现，而且数据位的传输速率与时钟频率相同。

非差分曼彻斯特编码 (Non-differential Manchester Encoding)

非差分曼彻斯特编码的电压状态变化与当前数据位有关。对于每个数据位，如果它为1，则在该时间段的上升沿处电压状态发生变化；如果它为0，则在该时间段的下降沿处电压状态发生变化。

非差分曼彻斯特编码的时钟同步依赖于数据位的传输速率而非时钟频率。因此，在数据传输过程中，需要同时传输时钟信号，以确保时钟同步。

实际应用

曼彻斯特编码广泛应用于计算机网络中的数据传输。例如，Ethernet、FDDI 和 Token Ring 网络中就使用差分曼彻斯特编码作为物理层的传输标准。

此外，在无线电通信、家庭娱乐设备中也有应用。例如，Apple 的 iPod 就使用了非差分曼彻斯特编码作为音频数据的传输标准。

代码示例

def manchester_encode(diff: bool, data: List[bool]) -> List[bool]:
    encoded = []
    for i, bit in enumerate(data):
        if diff:
            encoded += [not bit, bit]
        else:
            encoded += [bit, not bit]
    return encoded

上面是一个 Python 函数示例，用于将二进制数据列表使用曼彻斯特编码进行编码。其中 diff 参数指定是否采用差分编码方式。函数返回曼彻斯特编码后的数据列表。